IMTEAM - Pomiary, regulacja, projekty - ogrzewanie wentylacja klimatyzacja

Rurki spiętrzające wraz z miernikiem różnicy ciśnienia należą do najbardziej popularnych przyrządów umożliwiających pomiar prędkości w danym punkcie strugi płynu. Stosując rurkę spiętrzającą oraz wysokiej klasy mikromanometr różnicowy realna do osiągnięcia jest niedokładność pomiaru prędkości rzędu 1 procenta, co przy niewielkich kosztach inwestycyjnych i eksploatacyjnych sprawia, że mierniki te są powszechnie stosowane przy pomiarach technicznych. W przypadku wykonania rurki spiętrzającej według zaleceń odpowiednich norm technicznych, nie ma konieczności wzorcowania sond pomiarowych. Wzorcowania nie wymagają m.in. rurki Prandtla oraz Brabee'go. Rurki spiętrzające nie mierzą lokalnej prędkości gazu ani ciśnienia. Zadaniem ich jest jedynie odebranie impulsu ciśnienia spiętrzenia z przekroju pomiarowego i przekazanie tego impulsu do mikromanometru różnicowego.

 

W przypadku rurki typu L ciśnienie spiętrzenia pd jest wyznaczane jako różnica pomiędzy ciśnieniem całkowitym pc, odbieranym za pomocą otworu umiejscowionego w płaszczyźnie czołowej rurki, a ciśnieniem statycznym ps, którego impuls zbiera otwór umiejscowiony w płaszczyźnie prostopadłej do przepływu gazu.

 

  

 


  (3.1) 

 

Otrzymując jako wynik pomiarów ciśnienie dynamiczne, przy pomocy przekształconego wzoru na ciśnienie dynamiczne można wyznaczyć prędkość lokalną z zależności:

 

(3.2)

gdzie:

  • pd – ciśnienie dynamiczne, Pa
  • ρo – gęstość gazu, kg/m3
  • ß – liczba kształtu, dzięki której możemy scharakteryzować konstrukcję konkretnego egzemplarza przyrządu

Parametr ß określany jest w procesie wzorcowania rurki, jednakże dla rurek o konstrukcji wykonanej ściśle według zaleceń norm wzorcowanie nie jest wymagane. W przypadku rurki Prandtla ß wynosi 1, wobec tego wzór (3.2) przyjmuje postać: 

 

(3.2a)

gdzie:

  • pd – ciśnienie dynamiczne, Pa
  • ρo – gęstość gazu, kg/m3

Istotny wpływ na prawidłowość wykonanych pomiarów rurką spiętrzającą ma prawidłowe usytuowanie sondy – równolegle do kierunku przepływu. Odchylenie jej (w niezaburzonej strudze gazu) o kąt do 3o nie wpływa znacząco na pomiar ciśnienia dynamicznego, powodując błąd wskazania rzędu 0,15%, natomiast przy odchyleniu sięgającym 14o błąd osiąga wartość 1,5%. Badania prowadzone w Katedrze Ogrzewnictwa, Wentylacji i Techniki Odpylania Politechniki Śląskiej nie potwierdzają tak małego wpływu odchylenia osi sondy od kierunku przepływu płynu, ponieważ tylko impuls ciśnienia całkowitego wykazuje małą wrażliwość na odchylenie sondy od kierunku przepływu.

Zakres mierzonych prędkości za pomocą tego typu przyrządów jest szeroki. Ograniczone możliwości pomiaru prędkości przy użyciu sond spiętrzających wynikają z zakresu pomiarowego manometru różnicowego. W przypadku prędkości powietrza 5 m/s ciśnienie dynamiczne wynosi około 20 Pa. Małe wartości ciśnienia różnicowego powodują, że niepewność wykonanego pomiaru ogranicza dolny zakres pomiarowy do 2 – 3 m/s. Wykonując pomiary rurką spiętrzającą należy zwrócić szczególna uwagę na szczelność połączenia króćców rurki z króćcami miernika ciśnienia, ponieważ niewielkie nieszczelności na styku mogą prowadzić do znaczących błędów pomiarowych. 

 

Zwężki pomiarowe

W zwężkach pomiarowych, podobnie jak w przypadku rurek spiętrzających, do pomiaru prędkości przepływającego medium wykorzystywana jest różnica impulsów ciśnienia. Otwory, za pomocą których odbierane są impulsy ciśnienia umiejscowione są prostopadle do kierunku przepływu płynu, dzięki czemu mierzona jest różnica ciśnień statycznych. Punkty odbioru ciśnienia umiejscowione są przed oraz za przewężeniem o znacznie mniejszym przekroju. Takie umiejscowienie pozwala na zastosowanie równania Bernoulliego:

 

(3.3)

gdzie:

  • w1 – prędkość gazu przed przewężeniem, m/s
  • p1 – ciśnienie gazu przed przewężeniem, Pa
  • w2 – prędkość gazu za przewężeniem, m/s
  • p2 – ciśnienie gazu za przewężeniem, Pa

 

Zwężki pomiarowe mogą mieć różnorodną konstrukcję. Najprostszym rozwiązaniem jest kryza pomiarowa, która powoduje powstanie różnicy ciśnienia statycznego pomiędzy stroną dopływową, a stroną odpływową kryzy. Innym przykładem rozwiązania konstrukcyjnego zwężki pomiarowej może być zwężka bądź dysza Venturiego. Zazwyczaj element pomiarowy jest na stałe wbudowany w instalację wentylacyjną, co umożliwia ciągłe kontrolowanie przepływającego gazu. Mierniki prędkości płynu oparte o zwężki pomiarowe wykonane zgodnie z wytycznymi norm nie wymagają wzorcowania, natomiast konstrukcje odbiegające od tych wytycznych należy wykalibrować w celu wyznaczenia zależności w=f(Dp). Elementarnym warunkiem otrzymania wiarygodnych rezultatów przeprowadzonych pomiarów przy użyciu zwężek pomiarowych jest uzyskanie dobrze wyrównanego profilu prędkości w przewodzie. To zastrzeżenie wymaga zapewnienia przed układem pomiarowym prostych odcinków przewodów w celu uzyskania odpowiedniej stabilizacji strugi. W specyficznych sytuacjach, gdy zachowanie odpowiednio długich odcinków przewodów jest niemożliwe, należy zastosować stabilizatory strugi, dzięki którym na krótkim odcinku wykonalne jest uzyskanie wyrównanego, pozbawionego zawirowań profilu prędkości płynu.